تقاضای جهانی برای مصرف نانوسیلیکا هر سال افزایش می یابد. نانوسیلیکای هیدروفوب از زیر مجموعه های این محصول به شمار می رود ولی به دلیل قیمتی که دارد، مصرف آن با محدودیت مواجه گردیده است. استفاده از نانوسیلیکای هیدروفوب منجر به ایجاد خواص ویژه در بازارهای هدف می گردد که به صورت ارائه به بازار با قیمت رقابتی امکان مصرف قابل توجه آن در صنایع داخلی وجود دارد. در این طرح با استفاده از مواد اصلاح کننده سطحی ویژه و همچون تجهیزات پیشرفته،این محصول با قیمتی رقابتی تولید شده و آماده ارائه به بازار گردیده است. محصول نهایی طرح به صورت پودر یکنواخت سفید رنگ قابل ارائه به بازار است
ذرات سیلیکا به علت وجود گروه های هیدروکسیل روی سطح خود ذاتا دارای خاصیت آبدوستی هستند و اصلاح سطحی آنها با ترکیباتی که انرژی سطحی پایینی دارند موجب ایجاد خاصیت آبگریزی در ذرات می شود که به دلیل ویژگی ها و خواص مختلفی که دارا می باشند در صنایع گوناگون کاربرد فراوانی دارند. سیلیکای آبگریز در واقع از ذرات آبدوست سیلیکا تشکیل شده است که گروههای آبگریز دارد و این گروه های آبگریز با پیوندهای شیمیایی به ذرات سیلیکا متصل شده‌اند. پیچیدگی و هزینه بالای ترکیبات آبگریز باعث شده است تولید این محصول با محدودیت مواجه شود. سیلیکای آبگریز کاربردهای زیادی در صنایع سیلیکون رابرها، رنگ ها و پوشش ها، تونرهای چاپ، روغن های صنعتی، آنتی فوم ها، چسب ها، درزگیرها، پلیمرها و پلاستیک های مهندسی و سیستم های رزینی مختلف دارند. در بسیاری از کاربردهای سیلیکا های هیدروفوب، به تنهایی هیدروفوب بودن کافی نیست به طوری که یک عاملیت شیمیایی مناسب نیاز است که محصول بتواند عملکرد مطلوبی داشته باشد. نانوسیلیکا با توجه به اندازه ذرات پایین و یکنواخت در فرمولاسیون رنگ های صنعتی به عنوان عامل کنترل رئولوژی، ضدشره، ضد ته نشینی، ضد تاول زدگی و از همه مهم تر به عنوان عامل مقاومت در برابر رطوبت و آب مورد استفاده قرار می گیرد و اصلاح شیمیایی آن با ترکیبات آبگریز عملکرد ضدخوردگی و ضد آب آن را دوچندان می نماید. این محصول با توجه به آزمایشات صورت گرفته از لحاظ کیفیت در پوشش های ضدخوردگی با نمونه های ایروزیل آبگریز برابری می کند و مزیت اقتصادی بالایی برای مصرف‌کننده ایجاد می نماید.
سیلیکا آب گریز یا هیدروفوب از سیلیکا های آب دوست یا هیدروفیل ساخته می شوند. سیلیکا های هیدروفیل دارای عاملیت Si-OH یا گروه سیلانول در ساختار شیمیایی خود می باشند که این گروه سیلانول در سیلیکا باعث ایجاد آب دوستی می گردد. سیلیکا ها برای کاربردهای مختلف نیاز به خواص ویژه ای دارند که یکی از این خواص آب گریز یا هیدروفوب بودن آن است که پس از تولید سیلیکا آن را برای آب گریز کردن پیش آمایش (پیش-اصلاح) می کنند که در اصلاح سیلیکا آب دوست به سیلیکا آب گریز یا سیلیکا هیدروفوب تبدیل می گردد. عملیات آب گریز کردن سیلیکا از واکنش گروه سیلانول (Si-OH) با گروه های سیلانی آلی مطابق شکل زیر صورت می پذیرد:
بعد از این مرحله این گروههای آلی توسط پیوندهای کوالانسی محکم به سطح سیلیکا پیوند داده می شوند. که این واکنش باعث ایجاد تغییر در ساختار سیلیکا معمولی می گردد جدا کردن این گروه های آلی اتصال داده شده به سطح سیلیکا فقط با تجزیه حرارتی امکان پذیر است. مطابق شکل زیر در نگاه اول، سیلیکا آب گریز نسبت به سیلیکا آب دوست در آب فرو نمی رود ولی سیلیکا آب دوست در آب فرو می رود. شکل ظاهری هردو به صورت پودرهای اکسیدی سفید می باشد. هنگامی که این دو پودر سیلیکا آب دوست و سیلیکا آب گریز با آب مخلوط گردد آب دوست کاملا ً با آب مخلوط شده و آب گریز اصلا با آب مخلوط نمی شود. این رفتار آب گریزی سیلیکا ناشی از گروههای زنجیرهای آلی بلند یا کوتاه پیوند خورده به سطح فوم سیلیکا می باشد.
در فرآیند ساخت سیلیکا آب گریز دو نوع پیش آمایش پایه ای وجود دارد:
1. واکنش پودر سیلیکا معمولی به صورت مستقیم با ترکیبات شیمیایی هالوژن سیلانول
2. واکنش سطح سیلیکا با گروههای سیلانی، سیلوکسان و سیلازان ها سیلوزان ها به ساختار هیدریدی نیتروژن و هیدروژن ترکیبات سیلیکون گفته می شود که در آن اتم سیلیکون و نیتروژن توسط پیوند کوالانسی به هم اتصال داده شده اند.
سیلازان ها از نظر ساختاری مشابه سیلوکسان ها هستند با این تفاوت که در سیلازان ها اتم های –NH– جایگزین –O– شده اند. ترکیبات سیلازان حساس به رطوبت می باشند. هردو فرآیند پیش آمایش به صورت پیوسته بوده و تولید یک دست با کیفیت یکسان داشته و اصلاح سطحی مؤثری توسط گروههای آلی از بیرون انجام می پذیرد.در روش اول سیلیکا معمولی بدون فشردگی و مستقیما ً پیش آمایش شده و با گروههای سیلانی وارد واکنش می گردد. سریع واکنش دادن گروههای آلی سیلانی با سیلیکا فاکتور مهمی در تولید می باشد که باید بدون آنکه گروههای آلی تجزیه شوند سریع وارد واکنش اصلاح سطحی گردند و در طول واکنش پایدار باشند.در روش دوم واکنش با گروه های سیلان یا سیلوکسان در حین فرآیند تولید سیلیکا معمولی صورت می پذیرد بدون آنکه هالوژن سیلانی وارد واکنش گردد. در این روش گروههای ترکیبات پیچیده آلی به سطح سیلیکا چسبیده که عاملیت های آلی حساسی دارند. در هر دو روش ظرفیت سطحی سیلیکا به طور کامل کنترل می گردد و به طور کامل وارد واکنش گردد، این کنترل توسط روش اسپکتروسکوپی IR (مادون قرمز) برای سیلیکا معمولی و سیلیکا پیش آمایش شده سطحی به روش شیمیایی صورت می پذیرد. مطابق شکل زیر پیک 3750 cm-1 به گروههای سیلانول آزاد در سطح نسبت داده می شود که توسط واکنشگر اصلاحی وارد واکنش شده و برداشته شده اند و تولید گروههای تری متیل سیل کرده اند. در نمودار بعدی (خاکستری رنگ) به طور همزمان که تشکیل پیوندهای ارتعاشی آلی C-H در زیر عدد موجی 3000 cm-1 نشان داده شده است.
اصلاح سطحی باعث ایجاد خواص فیزیکی- شیمیایی کاملا ً متفاوتی نسبت به سیلیکا معمولی می گردد، که این امر کاربردهای فراوانی را برای سیلیکا ایجاد می نماید. سیلیکا های اصلاح شده کاربردهای زیادی در صنایع سیلیکون رابرها، رنگ و پوشش تونرهای چاپ، چسب ها، درزگیرها، پلیمرها و پلاستیک های مهندسی و سیستم های رزینی مختلف دارند. یک مثال جالب دیگر جذب سطحی رطوبت از هوا سیلیکا معمولی نسبت به سیلیکا هیدروفوب است که در شکل زیر نشان داده شده است.
اگر یک ماده اصلاح سطحی مناسب انتخاب شود، باعث ایجاد عاملیت شیمیایی خاص بر روی سطحی می گردد که این عامل می تواند قطبیت سطح را تغییر دهد. در بسیاری از کاربردها سیلیکا های هیدروفوب، به تنهایی هیدروفوب بودن کافی نیست به طوری که یک عاملیت شیمیایی مناسب نیاز است که محصول بتواند عملکرد مطلوبی داشته باشد. برای تنظیم اینکه سطح سیلیکا بتواند با زیرآیند اطراف خودش به درستی واکنش دهد طیف گسترده ای از واکنش گرها با عاملیت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
.
نوشتن دیدگاه